Ljudförstärkarklasser

Säkert många har hört att moderna förstärkare kan tillhöra olika klasser. Människor som är långt ifrån akustiska system och tekniska egenskaper hos ljudutrustning kan dock knappast föreställa sig vad som döljer sig bakom bokstavsbeteckningarna.

I vår recension kommer vi att prata mer i detalj om vilka klasser av förstärkare är, vad de är och hur man väljer den optimala modellen.

Förstärkarens klass är värdet på utsignalen vid vilken den drivs av den sinusformade insignalen i funktionskretsen under en driftscykel och ändras som ett resultat av denna påverkan. Klassificeringen av förstärkare i klasser beror på linjäritetsparametrarna för det mod som används för att förstärka de inkommande signalerna från kategorier med ökad noggrannhet med ganska reducerad effektivitet till helt icke-linjär. I det här fallet är noggrannheten för ljudåtergivningen av signalen inte så stor, men effektiviteten är ganska hög. Alla andra klasser av förstärkare är någon slags mellanmodell mellan dessa två grupper.

Alla klasser av förstärkare kan villkorligt delas in i två undergrupper. Den första inkluderar de klassiskt kontrollerade modellerna av klasserna A, B, såväl som AB och C. Deras kategori bestäms av parametern för deras konduktivitet i en viss del av utsignalen. Således är driften av den inbyggda transistorn vid utgången placerad i mitten mellan "av" och "på".

Den andra kategorin av enheter inkluderar mer moderna modeller, som anses vara de så kallade växlingsklasserna - dessa är modellerna D, E, F, såväl som G, S, H och T.

Dessa förstärkare använder pulsbreddsmodulering såväl som digitala kretsar för att kontinuerligt omvandla signalen mellan helt av och helt på. Som en konsekvens finns det en kraftfull utgång i mättnadsregionen.

Vi kommer att prata om olika klasser av förstärkare mer i detalj.

Klass A-modeller används mest på grund av deras enkelhet i design. Detta beror på flera parametrar för distorsion av insignalen och följaktligen den höga ljudkvaliteten i jämförelse med alla andra kategorier av förstärkare. Modeller i denna kategori kännetecknas av hög linjäritet jämfört med andra.

Typiskt använder klass A-förstärkare en enda version av transistorer i sitt arbete. Den är ansluten till den grundläggande emitterkonfigurationen för de två halvorna av signalen så att germaniumtransistorn alltid kommer att passera genom den även om det inte finns någon fassignal. Detta betyder att steget vid utgången inte kommer att passera helt in i signalavskärnings- och mättnadsområdet. Den har sin egen förskjutningspunkt ungefär i mitten av lastlinjen. Denna struktur leder till det faktum att transistorn helt enkelt inte aktiveras - detta anses vara en av dess grundläggande nackdelar.

Eftersom klass A-enheter är ensidiga och fungerar i den linjära zonen av alla specificerade kurvor, passerar en utenhet genom hela 360 grader, i vilket fall kategori A-enheten helt motsvarar den aktuella källan.

Eftersom förstärkare i denna kategori fungerar, som vi redan har sagt, i det ultralinjära området, måste DC-förspänningen ställas in korrekt. - detta säkerställer korrekt drift och ger en ljudström med en effekt på 24 watt. Men på grund av det faktum att utenheten alltid är i avstängt tillstånd leder den kontinuerligt ström, och detta skapar förutsättningar för en konstant effektförlust i hela strukturen. Denna funktion leder till att en stor mängd värme frigörs, medan deras effektivitet är ganska låg - mindre än 40%, vilket gör dem opraktiska när det kommer till någon form av kraftfulla akustiska system. Förutom, på grund av installationens ökade tomgångsström måste strömförsörjningen ha lämpliga dimensioner och filtreras så mycket som möjligt, annars kan ljudet från förstärkaren och tredje parts brum inte undvikas. Det var dessa brister som ledde till att tillverkarna fortsatte att arbeta med förstärkare i en mer effektiv kategori.

Klass B-förstärkare har designats av tillverkare för att ta itu med den låga effektiviteten och överhettningsproblemen i samband med den tidigare kategorin. I sitt arbete använder kategori B-modeller ett par extra transistorer, vanligtvis bipolära. Deras skillnad är att för båda halvorna av signalen är utgångsfronten byggd enligt en push-pull-krets, så varje transistorenhet ger förstärkning av endast hälften av utgångssignalen.

Det finns ingen grundläggande DC-nivåförspänningsström i förstärkare av denna klass, eftersom dess viloström är noll, därför är DC-effektparametrar vanligtvis små. Följaktligen är dess effektivitet mycket högre än för enheter A. Samtidigt när signalen är positiv driver den positivt förspända transistorn den, medan den negativa förblir avstängd. På samma sätt, i det ögonblick när insignalen blir negativ, stängs den positiva av, och den negativt förspända transistorn, tvärtom, aktiveras och ger den negativa halvan av signalen. Som ett resultat tillbringar transistorn, under sin drift, 1/2 cykel endast i den positiva eller negativa halvcykeln av den inkommande signalen.

Denna push-pull-design är cirka 45-60% effektivare än klass A-förstärkare. Problemen med modeller av denna typ är att de ger betydande distorsion vid tiden för ljudsignalens passage på grund av "dödzonen" av transistorer i korridoren av inspänningar med värden från -0,7 V till +0,7 V .

Som alla vet från fysikkursen måste basemittern ge en spänning på ca 0,7 V för att den bipolära transistorn ska starta full ledning. Så länge denna spänning inte överstiger detta märke, kommer utgångstransistorn inte att flyttas till på-läget. Detta innebär att hälften av signalen som går in i 0,7 V-korridoren kommer att börja reproduceras felaktigt. Följaktligen gör detta kategori B-enheter praktiskt taget olämpliga för användning i akustiska precisionsinstallationer.

För för att övervinna dessa snedvridningar skapades så kallade klass AB-kompromissanordningar.

Denna modell är en sorts tandemdesign av kategori A och kategori B. Idag anses typ AB-förstärkare som ett av de vanligaste designalternativen. Genom principen för deras funktion är de lite som produkter i kategori B, med det enda undantaget att båda transistorenheterna kan leda en signal samtidigt nära skärningspunkten för oscillogrammen. Detta eliminerar helt och hållet alla problem med signaldistorsion från den tidigare grupp B-förstärkaren.Skillnaden är att ett par transistorer har en ganska låg förspänning, vanligtvis 5 till 10 % av viloströmmen. I detta fall förblir den ledande anordningen på längre än tiden för en halvcykel, men samtidigt är den mycket mindre än hela cykeln för insignalen.

Det är säkert att säga det enheten av typ AB anses vara en utmärkt kompromiss mellan klass A och klass B-modeller när det gäller effektivitet och linjäritet.och medan omvandlingseffektiviteten för ljudsignalen är ungefär 50 %.

Utformningen av C-klassenheterna har maximal effektivitet, men samtidigt ganska dålig linjäritet jämfört med alla andra kategorier. C-klassförstärkaren är ganska märkbart förspänd, så ingångsströmmen går till noll och förblir på denna nivå i mer än 1/2 cykel av den inkommande signalen. Vid denna tidpunkt är transistorn i standbyläge för att stänga av den.

Dessa designegenskaper gör det omöjligt att använda förstärkare i högtalarsystem. Som regel har dessa modeller hittat sitt användningsområde i högfrekventa generatorer, såväl som i vissa versioner av radiofrekvensförstärkare, där strömpulser som sänds ut vid utgången omvandlas till sinusformade vågor med en given frekvens.

Förstärkaren i kategori D hänvisar till tvåkanaliga icke-linjära pulsmodeller, de kallas även PWM-förstärkare.

I de allra flesta ljudsystem fungerar utgångsstegen i antingen klass A eller AB. I integrerade förstärkare i grupp D är effektförlusten av linjeingångarna betydande även i fallet med deras maximala kompletta, nästan idealiska implementering. Detta ger modeller av D-klass en betydande fördel inom de flesta användningsområden på grund av minimal värmegenerering, minskad vikt och dimensioner på enheten och följaktligen minskade produktkostnader, samtidigt som batteritiden i sådana modeller ökar i jämförelse med modeller av andra mönster.

Klass F förstärkare. Dessa modeller ger ökad effektivitet, deras effektivitet är cirka 90%.

Klass G förstärkare. Denna förstärkare är i själva verket en avancerad design med hög linjäritet av AB klass TDA basenhet. Modeller i denna kategori kan automatiskt växla mellan olika kraftledningar vid en förändring av parametrarna för den inkommande signalen. Sådan omkoppling minskar avsevärt strömförbrukningen och minskar följaktligen strömförbrukningen orsakad av värmeförlust.

Klass I förstärkare. Sådana modeller har ett par uppsättningar extra utenheter. Innan de slås på är de placerade i en push-pull-konfiguration. Den första enheten växlar den positiva delen av signalen och den andra är ansvarig för att växla den negativa delen, liknande kategori B-förstärkare. Om det inte finns någon ljudsignal vid ingången, eller om signalen når nollgenomgångspunkten, omkopplingsmekanism slås på och av samtidigt som huvudcykeln.

Klass S förstärkare. Denna klass av förstärkare klassificeras som en icke-linjär omkopplingsmekanism. När det gäller deras funktionsmekanism påminner de något om förstärkare i kategori D. En sådan förstärkare omvandlar analoga insignaler till digitala och förstärker dem många gånger om. För att öka uteffekten är sålunda vanligen den digitala signalen från kopplingsanordningen antingen helt på eller helt avstängd, så effektiviteten hos sådana anordningar kan vara 100%.

Klass T förstärkare. Ett annat alternativ för en digital förstärkare. Idag vinner sådana modeller mer och mer popularitet på grund av närvaron av mikrokretsar som tillåter digital bearbetning av den inkommande signalen, såväl som inbyggda flerkanaliga 3D-ljudförstärkare. Denna effekt tillhandahålls av en design som gör att analoga signaler kan omvandlas till högre digitala PWM-ljud. Designen av Klass C-enheterna kombinerar egenskaperna hos en signal med låg distorsion som liknar AV-kategorin, samtidigt som effektiviteten bibehålls på nivån för Klass D-modellerna.

Till att börja med, låt oss uppehålla oss vid hur förstärkaren fungerar i princip. Du kommer säkert att bli förvånad, men i själva verket förstärker fabriksförstärkaren ingenting. Faktiskt, mekanismen för dess drift liknar driften av den enklaste kranen: du vrider på handtaget och vattnet från vattentillförseln börjar rinna, starkare eller svagare, och om du vrider på det kommer flödet att blockeras. I förstärkare sker alla processer på samma sätt. Från den kraftfulla strömförsörjningsmodulen flyter ström genom högtalaren som är ansluten till enheten. I det här fallet övertas kranens funktion av transistorer - vid utgången styrs graden av deras stängning och öppning av signalen som passerar till förstärkaren. Från hur exakt denna kran fungerar, det vill säga hur utgångstransistorerna fungerar, och klassen av förstärkare bestäms.

Om vi ​​pratar om AB-enheter, kan transistorer i dem ha den obehagliga egenskapen att öppna och stänga oproportionerligt till signalerna som kommer till dem. Därmed blir deras arbete oförändrat. Återgå till analogin med kranen - du kan vrida kranens handtag, men vattnet kommer att flöda svagt först, och sedan plötsligt kommer flödet plötsligt att öka.

Av denna anledning transistorer av kategori AB måste hållas i ett något öppet tillstånd även om det inte finns någon signal. Detta är nödvändigt så att de börjar arbeta omedelbart och inte vänta tills signalen når en viss nivå - bara i det här fallet kommer förstärkaren att kunna återge ljud med minimal distorsion. I praktiken innebär det att en del av den nyttiga energin går till spillo. Föreställ dig bara att du slår på alla vattenkranar i lägenheten, och en liten rännel vatten kommer kontinuerligt att rinna ut ur dem. Som ett resultat överstiger inte effektiviteten hos sådana modeller 50-70%, det är den låga effektiviteten som är den största nackdelen med AV-klassförstärkarna.

Om vi ​​pratar om enheter av D-klass, är driftprincipen absolut densamma: de har sina egna utgångstransistorer som kan slås på och av. Således regleras passagen av ström genom högtalarna som är anslutna till dem, men signalen styr redan deras öppning, som genom sin konfiguration är mycket långt från den inkommande.

Detta är hur signalen matas till utgångstransistorerna på klass D-enheter. I det här fallet kommer de att fungera helt annorlunda: antingen stänga helt eller öppna utan några mellanliggande värden. Detta innebär att effektiviteten för sådana modeller kan vara nära 100 %.

Naturligtvis är det för tidigt att skicka sådana signaler till ljudsystem, först bör det återgå till standardkonfigurationen. Detta kan göras med hjälp av en utgående induktor, såväl som en kondensator - efter bearbetning av dem bildas en förstärkt signal vid utgången, som i sin form helt upprepar ingångssignalen. Det är han som förmedlas till högtalarna.

Den största fördelen med D-klassenheterna är den ökade effektiviteten. och därmed skonsammare energiförbrukning

Länge trodde man det för att ansluta högkvalitativa högtalarsystem kommer AB-förstärkarna att vara den optimala lösningen... Modeller av kategori D gav omvandlingen av den inkommande signalen till en pulsad signal med en reducerad frekvens, som ett resultat gav det bra ljud endast i subwooferläge.Numera har tekniken tagit ett stort steg framåt, och idag finns det redan höghastighetstransistorer som kan öppnas och även stängas nästan omedelbart, det finns ganska många D-klass bredbandsenheter i butik.

Dessa modeller är avsedda för användning inte bara med subwoofers, utan också med moderna högtalarsystem av alla typer. För de alternativ där hög effekt inte krävs, är det vettigt att köpa en ganska kompakt förstärkare.

Således, om du har tillräckligt med utrymme för att ansluta högtalaren, kan du mycket väl välja en AV-klassmodell. Under flera decennier av existens har kretsarna i dessa modeller varit väl utvecklade, de ger en ganska bra ljudkvalitet, och i händelse av ett haveri kan du enkelt reparera dem på närmaste servicecenter.

Om området för ljudinstallation är begränsat, bör du ta en närmare titt på bredbandsmodellerna i grupp D. Med samma effektparametrar som AV-klassprodukterna är de mycket mindre och lättare, dessutom värms de upp mindre, och vissa modeller tillåter dem till och med att installeras i hemlighet med minsta möjliga störning.

För anslutning av subwoofers anger D-klassen maximal fördel, eftersom bastonblocket är det mest energikrävande frekvensområdet - i detta fall är produktens effektivitet av grundläggande betydelse, och i detta finns det helt enkelt inga konkurrenter till D-klassprodukterna.

I den här videon kan du tydligare bekanta dig med klasserna av ljudförstärkare.